Teruskan ke masa lampau • Hayk Hakobyan • Tugas sains popular mengenai "Unsur" • Astrofizik

Teruskan ke masa lampau

Salah satu ramalan yang paling menarik dalam kosmologi dan teori umum relativiti ialah kewujudan rentetan kosmik, kecacatan topologi satu dimensi ruang kita, yang boleh secara teoritis terbentuk di alam semesta awal.

Sekiranya kita membayangkan bahawa kita hidup di atas kapal terbang, rentetan adalah satu titik (atau garis lurus tegak lurus dengan satah), kerana kehadirannya sebahagian dari ruang itu kelihatan dilemparkan, dan ruang itu terpaku di sepanjang bahagian yang dikeluarkan (Rajah 1). Sebagai akibat daripada kecacatan itu, dua rasuk yang keluar dari objek yang sama (katakan, quasar jauh) dalam arah yang berbeza dapat menumpuk kembali. Pada masa yang sama, mereka akan bergerak sepanjang garis lurus, lulus pada sisi bertentangan tali dan membuat dua gambar yang berbeza quasar.

Rajah. 1. Perwakilan skematik pengaruh rentetan kosmik di angkasa dan kesan "lensing". Gambar dari buku Selamat Datang ke Alam Semesta

Di sini, seseorang itu harus agak berhati-hati dengan kata-kata, kerana kesan tersebut tidak tepat pada lensa graviti dalam pemahaman teori umum relativiti, yang timbul akibat kelengkungan ruang secara massal. Malah, ruang di sekeliling rentetan itu benar-benar rata, dan pemerhati statik tidak akan merasa apa-apa jisim yang berkesan dan, dengan itu, daya graviti.Kesan ini semata-mata topologi, dikaitkan dengan kecacatan ruang geometri.

Salah satu akibat mengejutkan kesan "lensing" adalah keupayaan untuk melakukan perjalanan "lebih cepat" cahaya. Dalam ara. 1 menunjukkan dua laluan dari quasar yang sama ke Bumi, dengan satu jalan yang lebih pendek daripada yang lain.

Mari kita anggap pasti bahawa satu lagi jalan adalah 10 tahun cahaya dan satu yang lebih pendek adalah 5. Kemudian seorang pengamat yang bergerak di sepanjang jalan kedua dengan kelajuan, katakanlah, 0.8 kelajuan cahaya (yang agak mungkin) akan datang ke Bumi lebih awal (melalui 6.25 tahun) daripada cahaya yang bergerak sepanjang laluan pertama (10 tahun). Walaupun semua paradoks, kesan sedemikian tidak mungkin, ia diperhatikan (untuk lebih lanjut mengenai ini dalam kata laluan)!

Ternyata roket itu boleh "terbang keluar" dari quasar kemudian dari rasuk cahaya, tetapi, setelah memilih jalan yang lebih pendek, namun sampai ke Bumi sebelum rasuk yang sama. Lintasan "superluminal" sedemikian dipanggil bersamaan dengan ruang. Dalam geometri konvensional, pergerakan sepanjang trajektori sedemikian tidak mungkin, kerana ia menyiratkan pergerakan lebih cepat daripada kelajuan cahaya.

Biasanya dikatakan bahawa dua peristiwa dipisahkan oleh segmen seperti ruang,jika peristiwa-peristiwa ini tidak dapat mempengaruhi secara teorinya satu sama lain (isyarat tidak boleh berjalan lebih cepat daripada cahaya di sepanjang lintasan seperti ruang). Sebagai contoh, dua letupan pada jarak 10 tahun cahaya antara satu sama lain berlaku dengan perbezaan 5 tahun: kedua-dua peristiwa ini tidak dapat mempengaruhi satu sama lain dalam ruang konvensional tanpa cacat. Harta yang mengagumkan dari peristiwa-peristiwa sedemikian adalah bahawa ia sentiasa mungkin untuk mencari pemerhati seperti (bergerak dengan kelajuan tertentu) yang mana kedua-dua peristiwa ini terjadi serentak.

Sekiranya fakta ini tidak diketahui oleh anda, jangan risau, semua penjelasan akan diberikan dalam epilog. Buat masa sekarang, ambil begitu saja.

Khususnya, dalam hal rentetan kosmik, kerana trajektori di sepanjang jalan pendek No. 2 adalah "lebih cepat" daripada pergerakan cahaya di sepanjang jalan panjang No 1, jalan ini akan sama seperti ruang. Oleh itu, bagi sesetengah pemerhati bergerak pada kelajuan tertentu (yang kurang dari cahaya cahaya, tentu saja) berbanding rentetan di sepanjang jalan No. 1, pemergian kapal angkasa dari quasar dan ketibaan di Bumi akan menjadi peristiwa serentak!

Adakah mungkin untuk menggunakan kesan kosmik yang indah untuk tujuan egois kita? Mari kita selesaikan geometri sedikit: biar ada duatali kosmik (rajah 2). Dalam kes ini, terdapat dua laluan pendek # 1 dan # 3 (kedua-duanya lebih pendek daripada laluan langsung # 2).

Rajah. 2 Geometri ruang dengan dua tali kosmik. Gambar dari buku Selamat Datang ke Alam Semesta

Tugas

Setelah menemui planet berpotensi yang boleh dihuni B di luar dua rentetan kosmik, ekspedisi dari planet A berangkat untuk mengkaji. Kemudian, ternyata Planet B tidak dapat dihuni, dan kapten ekspedisi licik itu memutuskan untuk kembali ke masa lalu dan memberi amaran kepada dirinya dan pasukan melawan ekspedisi yang ditakdirkan untuk kegagalan.

Adakah mungkin? Jika ya, apa syarat dan arahan apa yang harus diberikan kepada kapten? Sekiranya tidak, bagaimanakah anda dapat menjelaskan kemustahilan itu?


Petua 1

Bagaimana jika rentetan tidak berehat, tetapi bergerak? Adakah ia mengubah apa-apa? Malah, pergerakan pemerhati relatif kepada rentetan atau pergerakan rentetan relatif kepada pemerhati adalah sama.


Petua 2

Cuba gunakan sifat trajektori yang serupa dengan ruang. Sekiranya helah berfungsi sekali, maka ia boleh diulang dan yang kedua.


Penyelesaian

Walaupun tugasnya telah ditetapkan pada awal bulan April, tidak ada tangkapan di sini. Perjalanan sedemikian ke masa lalu memang mungkin secara teoritis, dan telah diterangkan dalam satu artikel oleh JR Gott.Mari kita faham bagaimana ini dapat dilakukan.

Oleh itu, terdapat dua peristiwa yang dihubungkan dengan selang ruang seperti: ekspedisi berlepas dari planet A dan mencapai planet B di sepanjang laluan No 1 (lihat Rajah 2). Selang ini sama spasial, kerana cahaya di sepanjang laluan langsung No. 2 dari A ke B akan bergerak lebih lama dari kapal angkasa di sepanjang jalan No. 1. Oleh kerana jaraknya adalah seperti ruang, adalah mungkin untuk mencari seorang pemerhati yang bergerak pada kelajuan tertentu di sepanjang jalan No. 2 (ke kiri), yang mana kedua-dua peristiwa ini (keberangkatan dari A dan kedatangan ke B) berlaku serentak. Mari kita panggil pemerhati ini Marty.

Sekiranya berlaku, kami ulangi: untuk Marty, terbang dengan kecepatan tinggi ke kiri, paradoks kerana ia mungkin terdengar, ekspedisi itu serentak meninggalkan planet A dan tiba di planet B. Perhatikan bahawa pada dasarnya tiada apa yang akan berubah jika bukannya Marty terbang ke kiri terbang nombor rentetan 1: ia seperti memindahkan ke kerangka rujukan baru. Jadi, bagi mereka yang berehat (di mana-mana titik jalan No. 2) di tempat Marty (dengan rentetan terbang ke kanan) kedua-dua peristiwa itu juga akan kelihatan serentak.

Caranya boleh diulang, sekarang kembali dari planet B kembali ke planet A di jalan nombor 3 (iaitu, sekitar rentetan kedua).Dan, sekali lagi, jika tali kedua bergerak ke kiri pada kelajuan tertentu, Marty akan kelihatan bahawa ekspedisi itu akan berlepas dari planet B pada masa yang sama ketika ia kembali ke planet A.

Ternyata jika dua rentetan bergerak dengan cepat ke arah yang bertentangan, maka untuk pemerhati yang beristirahat terdapat tiga peristiwa – permulaan ekspedisi di planet A, ketibaannya di planet B (di sepanjang jalan No. 1) dan kembali ke planet A (di sepanjang jalan No. 3) – berlaku serentak!

Dalam ara. Rajah 3 menunjukkan bagaimana perjalanan ini akan kelihatan dari sudut pandang Marty sudah beristirahat. Lintasan objek pada rajah tersebut sering dipanggil garisan dunia. Untuk objek yang terletak di satu tempat, garis dunia adalah garis lurus menegak, kerana ia "bergerak" hanya dalam masa. Kerana kenyataan bahawa tali terbang dalam arah yang bertentangan, garis dunia mereka adalah dua garis lurus yang bersilang. Jika anda memotong gambarajah ini dengan satah mendatar pada beberapa ketinggian, anda akan mendapat sepotong dalam masa: satu tangkapan ruang pada suatu masa tertentu. Oleh itu, dua peristiwa yang terletak pada satah mendatar yang sama berlaku serentak.

Rajah 3. Skim perjalanan masa dengan dua rentetan dengan pantas terbang ke arah yang bertentangan. Dalam skim ini, arus masa mengalir paksi menegakdan ruang adalah dua dimensi. Gambar dari buku Selamat Datang ke Alam Semesta

Akibatnya, kami memperolehi rancangan sedemikian untuk ekspedisi itu. Ia bermula dari planet A (garis menegak menunjukkan bahawa ekspedisi berada di planet ini beberapa waktu sebelum permulaan). Sebelum berlepas, kapten melihat dirinya dari masa depan, hanya diterbangkan dari planet B. Kemudian dia terbang mengelilingi tali bergerak ke planet B, berada di atas kapal terbang mendatar (kerana untuk kesemua Marty dia berlepas dan kedatangan sekali lagi berlaku pada masa yang sama). Dia kemudian kembali ke planet A dan bertemu dengannya dari masa lalu.


Selepas perkataan

Tidak kira betapa bodohnya dan tidak wajar ini mungkin terdengar, dalam teori perjalanan sedemikian agak mungkin dalam rangka teori umum relativiti. Faktanya ialah semua undang-undang dalam GR (termasuk undang-undang pemuliharaan tenaga dan prinsip kausaliti) adalah semata-mata alam setempat. Dalam erti kata lain, dalam geometri planar tanpa apa-apa kecacatan dan singulariti (contohnya, jika ruang kosong, atau jika kita mempertimbangkan undang-undang berhampiran pengamat yang jatuh secara bebas), semuanya mesti dipelihara dan bersambung.Walau bagaimanapun, dalam kes umum ini tidak berlaku: ruang masa boleh mempunyai apa-apa jenis keanehan.

Satu lagi contoh perjalanan masa dengan menggunakan ruang geometri yang tidak remeh adalah enjin Alcubierre (lihat: M. Alcubierre, 1994. Pemanduan lihai: perjalanan hyper-cepat dalam kerelatifan umum), yang dengan cara tertentu mengganggu ruang dengan menariknya di bawah membolehkan anda melakukan perjalanan pada kelajuan apa pun. Satu lagi contoh ialah lubang cacing, yang boleh menghubungkan dua bahagian terpencil di Semesta seperti yang dikehendaki. Dengan bantuan seperti exotics geometrik, seseorang dapat melakukan perjalanan sepenuhnya dalam masa (sebagai contoh, untuk enjin Alcubjerre ini diterangkan dalam artikel A. E. Everett, 1996. Memandu dan kausalitas).

Perlu diingat bahawa dalam penyelesaian Gotta, serta dalam semua geometri eksotik lain, di mana perjalanan waktu mungkin, ada nuansa kecil. Perjalanan masa tidak selalu mungkin, tetapi hanya di dalam kawasan tertentu (dalam Rajah 3, ini adalah kawasan di luar kon biru). Dalam erti kata lain, seseorang tidak boleh melakukan perjalanan "tanpa henti" kembali ke masa lalu.

Kewujudan wilayah yang terikat seperti itu – cakrawala Cauchy – adalah harta bersama geometri aneh itu. Jika anda bayangkanbahawa kita entah bagaimana menciptakan sebuah mesin masa (dengan bantuan dua tali bergerak, atau memandu Alcubierre) pada 2100, kita tidak akan dapat, katakan, untuk "terbang" kembali ke 2018 dari 2150 (kita akan dapat terbang hanya pada selepas tahun 2100). Ini, khususnya, menerangkan paradoks Hawking yang terkenal tentang mengapa kami tidak menemui pengembara masa.

Adakah rentetan benar-benar wujud? Pada masa ini, tidak ada bukti tentang kewujudan rentetan kosmik, tetapi terdapat sekatan yang sangat ketat (dari pemerhatian dan teori asal-usul Alam Semesta) mengenai bilangan rentetan seperti dalam Alam Semesta yang dapat dilihat.

Walau bagaimanapun, jelas terdapat semacam tipuan? Tidak mustahil untuk melakukan perjalanan dan perjalanan melalui masa, walaupun dengan batasan sedemikian? Bagaimana pula dengan kausaliti global?

Terdapat tangkapan di sini. Hakikatnya adalah bahawa walaupun kita menganggap kinematik murni – pergerakan mata bahan dalam beberapa geometri kompleks ruang masa. Tetapi dunia tidak terdiri daripada titik vakum dan bahan, ia terdiri daripada bidang dan kegembiraan di dalamnya. Hakikatnya ialah jika kita menambah pertimbangan sebagai tambahan kepada ruang masa yang melengkung (iaitu graviti) juga bidang kuantum (yang mana kita semua), dan kemudian cuba melakukan analisis yang sama, gambar menjadi sedikit lebih rumit.

Masalahnya adalah bahawa dalam ruang masa yang melengkung, sesebuah vakum tidak benar-benar menjadi vakum: jika ruang pada mulanya kosong melengkung, maka pemerhati dapat melihat (mendaftar) partikel yang dilahirkan dari vakum. Dalam ruang rata ini juga berlaku – zarah maya sentiasa dilahirkan dan dimusnahkan, tetapi bakinya tidak pernah pecah, dan kita tidak melihat zarah sebenar. Walau bagaimanapun, dalam ruang melengkung, keseimbangan ini terganggu. Sebagai contoh, berhampiran cakrawala lubang hitam, zarah boleh terbentuk dari vakum (radiasi Hawking). Dan di cakrawala Cauchy (dalam kes geometri dua tali) boleh ada beberapa analog dari radiasi Hawking dari vakum.

Secara khusus, bagi enjin Alcubierre, pengiraan "sederhana" menunjukkan (S. Finazzi et al., 2009. ketidakstabilan semiklassik pemacu warp dinamik) bahawa radiasi ini boleh menjadi sangat kuat pada masa pembentukan cakrawala, dan akan "memusnahkan" segala-galanya di dalam kapsul. Pengiraan ini adalah "mudah" dalam erti kata bahawa mereka tidak berasaskan teori bebas graviti kuantum, yang semestinya perlu untuk keputusan yang konsisten, tetapi berdasarkan kaedah semi klasik: teori medan terhadap latar belakang (!) Dari ruang melengkung (iaitu reaksi geometri bidang tidak diambil kira, mereka dipisahkan dari satu sama lain, yang tidak sepenuhnya fizikal).Oleh itu, sudah tentu, keputusan sedemikian harus dirawat dengan hati-hati.

Tetapi, bagaimanapun, ia memberikan sedikit petunjuk bahawa, walaupun kita licik dalam cuba menipu masa, alam semulajadi mungkin menjadi lebih licik daripada kita.

Tugas ini adalah berdasarkan karya John Richard Gott pada geometri ruang dengan kehadiran tali kosmik.

Membantu teori relativiti khas

Untuk memahami mengapa bagi mana-mana dua peristiwa yang dipisahkan antara satu sama lain dengan jarak selang seperti ruang, anda boleh mencari pemerhati yang mana peristiwa-peristiwa ini berlaku secara serentak, mari kita beralih kepada rajah dari teori relativiti khas, salah satunya ditunjukkan dalam Rajah. 3. Di saluran minutephysik Youtube terdapat video yang sangat baik tentang bagaimana untuk memikirkan gambar rajah seperti:

Dalam ara. A (kiri) menunjukkan gambarajah sedemikian: koordinat masa (apabila peristiwa berlaku) diplotkan pada paksi menegak, koordinat spatial (di mana peristiwa berlaku) diplot pada paksi mendatar. Untuk kemudahan, kita akan mengukur masa bertahun-tahun, dan panjang – pada tahun cahaya (ini adalah jarak cahaya yang bergerak selama setahun).

Rajah. A. Di sebelah kiri – Gambar rajah acara dengan dua ruang masa dan ruang. Di sebelah kanan – peristiwa serentak dan tidak serentak

Peristiwa yang masa (dalam tahun) lebih panjang daripada jarak kepada mereka (dalam tahun-tahun mereka sendiri) dipanggil masa, dan peristiwa-peristiwa yang kurang masa selainnya adalah serupa. Perbezaan antara peristiwa-peristiwa ini adalah kita tidak boleh mempengaruhi peristiwa seperti ruang (mereka berada di kawasan merah pada rajah), kerana untuk ini kita perlu menghantar isyarat yang harus terbang lebih cepat daripada cahaya, dan ini mustahil. Sebagai contoh, dalam rajah. Dan (di sebelah kiri) titik merah di bawah adalah peristiwa sedemikian. Ia akan berlaku dalam 2 tahun pada jarak 10 sv. tahun dari kami. Dan untuk mempengaruhi acara ini, seseorang perlu bergerak pada kelajuan purata 5c (iaitu, 5 kali lebih cepat daripada kelajuan cahaya).

Sebaliknya, adalah mudah untuk menunjukkan bahawa kita boleh mempengaruhi peristiwa di kawasan biru. Barisan hijau, yang berjalan pada sudut 45 °, adalah garis cahaya yang menunjukkan betapa cahaya menyebar: dalam 10 tahun ia melepasi 10 titik cahaya. tahun Oleh itu, garis-garis pada sudut yang lebih kecil pada paksi x sesuai dengan kelajuan superluminal, di bawah bkira-kiratop – dosvetovymi.

Acara dipanggil secara serentak jika koordinat masa mereka adalah sama. Contohnya ditunjukkan di sebelah kanan di rajah.A: peristiwa dua peringkat berlaku pada masa yang sama. t1 dan bagi kami mereka serentak.

Walau bagaimanapun, kebetulan dalam teori khas relativiti bukanlah perkara mutlak: dua peristiwa serentak dalam satu kerangka rujukan boleh berubah menjadi tidak serentak di pihak yang lain. Dalam ara. B menunjukkan hanya contoh sedemikian.

Rajah. B. Dua serentak dalam sistem (t, x) acara (di sebelah kiri) tidak serentak dalam sistem (t\’, x') dan sebaliknya (di sebelah kanan). Garis putus-putus diadakan selari dengan paksi x dan x\’

Dalam sistem (t, x) dua peristiwa berlaku pada masa yang sama t1. Dalam kes ini, bagi pemerhati dalam sistem (t\’, x'), yang bergerak dengan kecepatan tertentu relatif kepada sistem awal, kedua-dua peristiwa ini tidak serentak kerana fakta bahawa paksi dimampatkan (ia dapat ditunjukkan bahawa semakin besar kelajuan, semakin besar pemampatan paksi ke garis cahaya). Minutephysics mempunyai video terperinci mengapa ini berlaku:

Keadaan yang bertentangan ditunjukkan dalam Rajah. B di sebelah kanan: dua peristiwa serentak untuk pemerhati dalam sistem (t\’, x') berlaku pada masa ini t\’1, berlaku secara tidak bersamaan untuk pemerhati dalam sistem (t, x).

Persoalannya timbul: sama ada untuk mana-mana dua peristiwa A = (tA, xA) dan B = (tB, xB) anda boleh memilih sistem rujukan (iaitu, kelajuan pemerhati seperti) yang mana dua peristiwa akan berlaku serentak: \ (t_A '= t_B' \)?

Ternyata tidak. Melihat gambar itu. B, dan mengikuti logik yang digariskan di atas, seseorang dengan mudah boleh mengesahkan bahawa untuk peristiwa yang disambungkan dengan selang merah (sudutnya dengan paksi x lebih daripada 45 °), adalah mustahil untuk dilakukan, sedangkan untuk peristiwa yang dihubungkan dengan jarak biru, mungkin. Oleh itu, selang-selang merah dalam angka ini berubah menjadi tepat masa, dan biru-biru adalah seperti ruang. Jika dua peristiwa dipisahkan oleh selang ruang seperti ruang, maka seseorang tidak dapat mempengaruhi yang lain dalam apa cara!

Rajah. V. Acara dipisahkan mengikut ruang (biru) dan timelike (merah) selang


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: